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Method Article
该方案描述了从人血浆中富集星形胶质细胞衍生的细胞外囊泡 (ADEV)。它基于通过聚合物沉淀分离 EV,然后基于 ACSA-1 的 ADEV 免疫捕获。ADEV 的分析可能为通过液体活检非侵入性地研究活体患者炎症通路的变化提供线索。
细胞外囊泡 (EV) 是所有细胞分泌的生物纳米颗粒,用于细胞通讯和废物消除。它们通过在生理和病理条件下作用于其他细胞并将其货物转移到其他细胞来参与广泛的功能。鉴于它们存在于生物流体中,EV 是研究疾病过程的极好资源,可以被视为用于发现生物标志物的液体活检。EV 分析的一个吸引人的方面是,可以根据其来源细胞的标记物来选择它们,从而反映其货物中特定组织的环境。然而,与 EV 分离方法相关的主要障碍之一是缺乏方法共识和标准化方案。星形胶质细胞是在大脑中起重要作用的神经胶质细胞。在神经退行性疾病中,星形胶质细胞反应性可能导致 EV 货物改变和异常的细胞通讯,从而促进/增强疾病进展。因此,星形胶质细胞 EV 的分析可能会导致发现生物标志物和潜在的疾病靶标。该方案描述了从人血浆中富集星形胶质细胞衍生的 EV (ADEV) 的 2 步方法。首先, 通过 基于聚合物的沉淀从去纤维化血浆中富集 EV。然后通过基于 ACSA-1 的磁性微珠免疫捕获富集 ADEV,其中重悬的 EV 被加载到放置在磁场中的色谱柱上。磁性标记的 ACSA-1+ EV 保留在色谱柱内,而其他 EV 则流过。从磁体中取出色谱柱后,ADEV 被洗脱并准备好用于储存和分析。为了验证星形胶质细胞标志物的富集,可以在洗脱液中测量神经胶质纤维酸性蛋白 (GFAP) 或其他细胞内来源的特异性星形胶质细胞标志物,并与流出液进行比较。该协议提出了一种简单、省时的方法,从血浆中富集 ADEV,可用作检查星形胶质细胞相关标志物的平台。
细胞外囊泡 (EV) 是由所有类型的细胞分泌的一组异质膜纳米颗粒,携带蛋白质、脂质和核酸1。微泡 (100-1000 nm)、外泌体 (30-100 nm) 和凋亡小体 (1000-5000 nm) 构成了主要的 EV 类型,其起源位点可区分 2,3。EV 调节重要的生理过程,例如抗原呈递和免疫应答4、受体回收、代谢物消除5 和细胞通讯6。这些过程的调节可以通过 EV 细胞膜中富集的蛋白质与受体细胞中的靶标之间的直接结合,和/或通过它们在受体细胞的细胞质中的内化和释放其货物来实现7。虽然 EV 执行基本的细胞功能,但从病理学的角度来看,它们在癌症和神经病学领域引起了越来越多的兴趣。事实上,几项研究表明,EV 可以帮助促进肿瘤细胞迁移 8,9 或在神经退行性疾病(如阿尔茨海默病)中播种有毒蛋白质聚集体10,11。
可以根据与其来源细胞相关的细胞表面标志物从生物流体中选择和富集 EV,从而反映其货物中特定组织的环境 12,13,14,15,16,17,18,19,20.此外,鉴于它们存在于血液、脑脊液 (CSF)、唾液、尿液和母乳中,EV 是一种极好的非侵入性诊断工具,可以被认为是用于发现生物标志物的液体活检。这在神经学中特别有趣,因为很难研究 CSF 以外的可接触液体中的脑分析物。
星形胶质细胞越来越受到关注,因为它们处于神经血管通讯的交叉点21。在生理条件下,它们负责保存血脑屏障、神经递质的循环、为神经元和其他神经胶质细胞提供营养和生长因子 22,23,24 以及神经免疫防御,因为它们的代谢可塑性从促炎状态到抗炎状态,反之亦然 25,26,27.星形胶质细胞完成其调节功能的一个重要机制是通过 EV 进行通信28,29。反应性星形胶质细胞增多症是多种神经退行性疾病的关键标志,例如阿尔茨海默病30、多系统萎缩症 (MSA)、进行性核上性麻痹 (PSP)31 和肌萎缩侧索硬化症 (ALS)32。星形胶质细胞反应性可能导致 EV 货物改变、炎症介质释放和异常的细胞通讯,从而促进病理的传播并导致神经退行性变10,11。因此,研究星形胶质细胞衍生的 EV (ADEV) 及其货物的变化是一种有吸引力的资源,可以以非侵入性方式检查神经退行性过程。
目前,有几种隔离 EV 的方法,每种方法都有其相应的优点和缺点33。必须考虑哪种方法更适合特定用途,具体取决于最终感兴趣的应用。在神经学领域,更具体地说,在星形胶质细胞研究中,基于聚合物的沉淀后进行免疫捕获一直是主要使用的方法 12,18,19,20,34。然而,即使应用相同的方法,应用于 EV 分离的不同步骤中的研究之间仍然存在异质性。因此,需要一种清晰、循序渐进的标准化方法来促进星形胶质细胞 EV 研究和研究可重复性。基于聚合物的沉淀有助于生物标志物筛选,因为它是一种快速、简单的程序,不需要复杂的设备,可在不影响其生物活性的情况下获得高产量的 EV35。
本方案描述了一种详细、简单的两步法,用于从人血浆中富集 ADEV。它基于基于聚合物的 EV 总组分沉淀,然后对星形胶质细胞 EV 进行免疫捕获。鉴于星形胶质细胞的重要功能,对 ADEVs 的分析可能为发现可以以非侵入性方式研究的生物标志物和脑炎症通路提供线索。
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本协议中描述的研究是使用来自西班牙巴塞罗那36 的 Sant Pau 神经退行性疾病倡议 (SPIN) 队列的男女健康成年供体(年龄范围 65.9-81.3 岁,45.5% 女性)的人类血浆样本进行的。参与者给予了知情同意。该研究是按照赫尔辛基宣言和西班牙法律中包含的医学研究国际伦理准则进行的。Sant Pau 研究伦理委员会 (CEIC) 审查并批准了从 SPIN 队列中收集和储存人血浆样本的方案 (#16/2013)。
1. 从人血浆中富集星形胶质细胞 EV
注意:该协议涉及使用人血浆样品。有关本协议中使用的试剂和实验室材料的所有详细信息都包含在 材料表中。此程序不需要特殊设备,但是,请查看每个制造商单独指定的每种试剂的安全注意事项。
图 1:富集星形胶质细胞衍生 EV 的两步程序的示意图。 第一步,通过基于聚合物的沉淀和离心步骤从去纤维化的人血浆中富集 EV。总 EV 重悬后,然后用生物素化抗 GLAST (ACSA-1) 抗体和抗生物素磁性微珠通过免疫捕获来选择星形胶质细胞 EV。缩写:ACSA-1 = 星形胶质细胞表面抗原-1;ADEVs = 星形胶质细胞衍生的细胞外囊泡;DPBS = Dulbecco 磷酸盐缓冲盐水;EVs = 细胞外囊泡;GLAST = 谷氨酸-天冬氨酸转运蛋白;无 ADEVs = 非星形胶质细胞外囊泡;无 EV = 无细胞外囊泡(EV 耗尽血浆);PIC = 蛋白酶抑制剂混合物;RT = 室温。使用 BioRender 创建的图。 请单击此处查看此图的较大版本。
2. 协议验证
3. 数据分析
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从健康供体采集的血浆中分离 ADEV 已成功完成。采用基于聚合物的沉淀法获得总 EV 馏分,然后用磁性微珠进行免疫捕获以获得 ADEV。
在免疫捕获步骤之前对总 EV 组分的蛋白质印迹分析表明,EV 制剂中缺乏钙联结蛋白(细胞污染标志物)并且存在 Alix 和跨膜蛋白 CD9(图 2A)。
免疫捕获后,在 ADEV 组分中验证...
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由于其诊断和治疗潜力,电动汽车在生物医学研究中引起了浓厚的兴趣。目前,与 EV 分离方法相关的主要障碍之一是缺乏方法学共识和标准化方案。本研究为 通过 基于聚合物的沉淀和 GLAST 免疫捕获从人血浆中富集星形胶质细胞 EVs 提供了详细的方案。
存在不同的方法从体液中分离 EV,每种方法都有自己的优点和局限性。选择基于聚合物的方?...
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Belbin 博士报告说,在提交的工作之外,他从 ADx NeuroSciences 收到了个人费用。Alcolea 博士报告说,在提交的工作之外,她收到了 Fujirebio-Europe、Roche、Nurtricia、Krka Farmacéutica、Zambon S.A.U. 和 Esteve 的顾问委员会服务和/或演讲者酬金的个人费用。在提交的工作之外,Lleó 博士还曾担任 Fujirebio-Europe、Roche、Biogen、Grifols 和 Nutricia 的顾问或顾问委员会。Fortea 博士报告说,在提交的工作之外,他从 AC Immune、Novartis、Lundbeck、Roche、Fujirebio 和 Biogen 那里获得了在咨询委员会、评审委员会的服务或演讲者酬金的个人费用。Alcolea、Belbin、LLeó 和 Fortea 博士报告拥有神经退行性疾病中突触病变标志物的专利(授权给 ADx,EPI8382175.0)。没有其他披露报告。所有其他作者都没有什么可披露的。
作者要感谢 Soraya Torres、Shaimaa El Bounasri El Bennadi 和 Oriol Sanchez Lopez 在样品处理和制备方面的帮助。我们也要感谢来自巴塞罗那材料科学研究所ICTS “NANBIOSIS”的第6单元(CIBER的生物材料与纳米医学单元)的José Amable Bernabé,来自巴塞罗那自治大学电子显微镜单元的Marti de Cabo Jaume,来自Sant Pau生物医学研究所(IIB-Sant Pau)流式细胞仪平台的Marta Soler Castany博士和Lia Ros Blanco的合作, 以及 IIB-Sant Pau 脂质相关疾病病理生理学小组的 Joan Carles Escolà-Gil 博士,分别帮助进行 NTA、冷冻电镜、Luminex 和 ApoB 测定。
作者感谢 Jérôme Lejeune 基金会(MFI 和 MCI 的项目 #1941 和 #1913)、Instituto de Salud Carlos III(PI20/01473 至 JF、PI20/01330 至 AL、PI18/00435 至 DA 和 INT19/00016 至 DA)、美国国立卫生研究院(1R01AG056850-01A1、R21AG056974 和 R01AG061566 至 JF)、阿尔茨海默氏症协会和全球脑健康研究所(GBHI_ALZ-18-543740 至 MCI)、 额颞叶变性协会(临床研究博士后奖学金,AFTD 2019-2021)到 ODI,以及加泰罗尼亚神经学协会(Premi Beca Fundació SCN 2020 到 MCI)。这项工作也得到了 CIBERNED 计划(计划 1,阿尔茨海默病到 AL 和 SIGNAL 研究。SS 是 Agencia Estatal de Investigación, Ministerio de Ciencia e Innovación (Gobierno de España) 的博士后资助“Juan de la Cierva-Incorporación” (IJC2019-038962-I) 的获得者。
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Anti-Alix primary antibody for Western blotting | EMD Millipore | ABC40 | |
µMACS Separator | Miltenyi Biotec | 130-042-602 | The µMACS Separator is used in combination with µ Columns and MACS MicroBeads. |
Anti-calnexin primary antibody for Western blotting | Genetex | GTX109669 | |
Anti-CD9 primary antibody for Western blotting | Cell Signaling | 13174 | |
Blocker BSA (10%) 200 mL | Thermo Fisher | 37525 | |
Bransonic 1510E-MT Ultrasonic bath | Branson | ||
COBAS 6000 autoanalyzer | Roche Diagnostics | Analyzer for immunoturbidimetric determination of ApoB; commercial autoanalyzer | |
cOmplete Protease Inhibitor Cocktail (EDTA-free) | Roche | 11873580001 | |
Digital Micrograph 1.8 | micrograph software | ||
Dulbecco's PBS Mg++, Ca++ free 500 mL | Thermo Fisher | 14190144 | |
EveryBlot Blocking Buffer | BioRad | 12010020 | |
Exoquick (exosome precipitation solution 5 mL) + Thrombin | System Bioscience | EXOQ5TM-1 | ExoQuick 20 mL can also be purchased (EXOQ20A-1) |
Gatan 895 USC 4000 | camera | ||
GeneGnome XRQ chemiluminiscence imaging system | Syngene | ||
Human CD81 antigen (CD81) ELISA kit | Cusabio | CSB-EL004960HU | |
Human Programmed cell death 6-interacting protein (PDCD6IP) ELISA kit | Cusabio | CSB-EL017673HU | |
Immun-Blot PVDF Membrane | BioRad | 1620177 | |
JEOL 2011 transmission electron microscope | JEOL LTD | Equipped with a CCD Gatan 895 USC 4000 camera (Gatan 626, Gatan, Pleasanton, USA) | |
Lavender EDTA BD Vacutainer K2E tubes | Becton dickinson | 367525 | |
Leica EM GP | Leica Microsystem | commercial plunge freezer | |
Low binding microtubes 1,5 mL | Deltalab | 4092.3NS | |
MACS µ Columns with plungers | Miltenyi Biotec | 130-110-905 | µ Columns with plungers are especially designed for isolation of exosomes from body fluids |
MACS Multistand | Miltenyi Biotec | 130-042-303 | |
MAGPIX plate reader | Luminex Corporation | 80-073 | Luminex's xMAP multiplexing unit (Luminex xPonent v 4.3 software) |
MicroBead Kit100 μL Anti-GLAST (ACSA-1)-Biotin, human, mouse, rat – small size; 100 μL Anti-Biotin MicroBeads | Miltenyi Biotec | 130-095- 825 | |
MILLIPLEX MAP Kit Human cytokine/Chemokine/Growth Factor Panel A magnetic bead panel | EMD Millipore | HCYTA-60K-25 | |
M-PER Mammalian Protein Extraction Reagent 25 mL | Thermo Fisher | 78503 | For certain applications like Western blot, more aggressive lysis buffers can be used (e.g. RIPA) |
MultiSkan SkyHigh Microplate Spectrophotometer | Thermofisher | A51119500C | |
NanoSight NS300 | Malvern Panalytical | NTA; 3.4 version | |
Pierce Halt Protease and Phosphatase Inhibitor Cocktail | Thermo Fisher | 78441 | |
Polypropylene syringe (G29) | PeroxFarma | 1mL syringe; 0.33x12mm-G29x1/2" | |
Secondary anti-rabbit antibody | Thermo Fisher | 10794347 | |
Simoa GFAP Discovery Kit | Quanterix | 102336 | |
Simoa, SR-X instrument | Quanterix | SR-X Ultra-Sensitive Biomarker Detection System; commercial biomarker detection technology | |
Specific Protein Test Apolipoprotein B - APOB (100 det) COBAS C/CI | Roche Diagnostics | 3032574122 | |
SuperSignal West Femto | Thermo Fisher | 34095 | Ultra-sensitive enhanced chemiluminescent (ECL) HRP substrate |
Trans-Blot Turbo Transfer System | BioRad | 1704150 |
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